基于单片机的GPS定位信息显示系统设计毕业论文设计.doc

1、 jingdezheng University毕 业 论 文 （ 设 计 ）BACHELOR DISSERTATION论文题目： 基于单片机的 GPS 定位信息显示系统设计 I毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期： 毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解*学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）

2、并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权 将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名： 日期： 日期： II注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300 字左右） 、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万

3、字（不包括图纸、程序清单等） ，文科类论文正文字数不少于 1.2 万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文

4、译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它III基于单片机的 GPS 定位信息显示系统设计中 文 摘 要GPS 全球定位系统在实际生活中被广泛应用，是当今信息时代发展中的重要组成部分。因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为了迄今为止最好的定位导航系统。本论文详细介绍了一种基于单片机、GPS 接收模块、OLED 液晶显示模块等器件的 GPS 实时显示功能的实现。分别从硬件设计和软件设计等方面对其作了详细的阐述，并且结合硬件的特点研究了 MCS51 系列单片机如何与 GPS 接收模块实现串行通信，该系统是根据 GPS 模块数据输出基本原理设计而成的。它是一台体积小巧、携带方便、可以独立使用的

5、全天候实时的定位导航设备。关键词： GPS；单片机；GPS 接收模块；OLED 液晶屏 IV目 录第一章 绪论 11.1 课题背景及意义 .11.2 论文主要内容 .2第二章 GPS 定位信息显示系统方案设计 .32.1 GPS 全球定位系统简介 32.2 GPS 信号接收方案选择 52.3 GPS 接收模块的研究 52.4 总体方案的设计 .6第三章 基于单片机的 GPS 硬件电路设计 83.1 基于单片机的 GPS 硬件电路总体结构 83.2 基于单片机的 GPS 定位信息显示系统设计硬件电路简介 83.2.1 STC89C52 简介 83.2.2 SiRF Star II GPS 信号接

6、收模块 123.2.3 OLED 液晶显示模块介绍 .143.3 基于单片机的 GPS 硬件连接介绍 15第四章 基于单片机的 GPS 软件设计 .174.1 GPS 数据包介绍 174.1.1 使用 ComAssistant.exe 软件通过电脑测试 GPS.214.2 基于单片机的 GPS 定位系统软件开发环境Keil uVision2 254.2.1 8051 开发工具 254.2.2 uVision2 集成开发环境 .264.2.3 编辑器和调试器 274.2.4 测试程序 274.2.5 Keil C 编译步骤 284.3 基于单片机的 GPS 软件设计思路 314.4 模块软件设计

7、 .324.4.1 液晶模块初始化模块 324.4.2 GPS 数据接收模块 .35第五章 系统调试与实验结果 .375.1 硬件调试 .375.2 软件调试 .375.3 实验结果 .385.4 实验结果分析 .39第六章 总结 .40致谢 41致谢 41参考文献 42附录 431第一章 绪论1.1 课题背景及意义1978 年 2 月 22 日第一颗 GPS 试验卫星的入轨运行，开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。GPS 卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空间信息资源 1。陆地、海洋和空间的广大用户，只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量 GPS 信号的接收

8、机，就可以全天时、全天候和全球性的测量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广，影响之大，是其他无线电接收装置都望尘莫及的。不仅如此，GPS 卫星的入轨运行，还为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。纵观现状，GPS 技术有如下用途。GPS 技术的陆地应用GPS 技术在陆地上的开发应用可以体现在许多方面，如：各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状

9、态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设等。GPS 技术的海洋应用GPS 技术在海洋方面有着极其重要的作用，比如：远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔船的结队航行和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋；海洋纠纷或海损事故的定点测定；港口交通管制；海洋灾难检测等。GPS 技术的航空应用GPS 技术在航空

10、方面的应用主要体现在：民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量等。GPS 技术的航天应用GPS 技术在航天方面同样也有着很重要的作用：低轨道通讯卫星群的实时轨道测2量；卫星入轨和卫星回收的实时点位测量；载入航天器的在轨防护探测；星载 GPS 的遮掩天体大小和大气参数测量；对地观测卫星的七维状态参数和三维状态参数测量 2。由此可见，GPS 技术已经延伸到各个领域的方方面面，但是要完成以上所述的各种用途，最基本的就是要具备能够接收 GPS 信

11、号并且能够调制输出的设备，而这种设备最基本的功能就是能够显示当时所处地点的经纬度以及 UTC 标准时间。现在世面上已经有许多基于 GPS 接收模块所开发的产品，如 GPS 手持机、车载 GPS 导航仪等等，虽然其功能强大，但价格相对而言比较昂贵，而且对于普通应用没有必要。所以基于这种情况下，本次设计针对普通用户使用 GPS 的切实需要，设计并制作基于单片机的GPS 定位信息显示系统。1.2 论文主要内容本次设计的主要任务是在 GPS 和单片机的理论知识基础上，选择合适的单片机提取 GPS 接收模块接收的数据并且由液晶显示模块显示接收的数据。在此次设计过程中，主要熟悉所选用的 GPS 接收模块的

12、性能指标，学习 NMEA 封包并懂得如何使用 NMEA 输出命令，结合单片机的相关知识能实现对 GPS 接收到的卫星信息进行提取，并在液晶显示器上选择性的显示需要的数据。3第二章 GPS 定位信息显示系统方案设计2.1 GPS 全球定位系统简介 全球定位系统(GPS)是本世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成部分。全球定位系统由三部分构成：(1) 地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线

13、(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成。(2) 空间部分，由 24 颗卫星组成，分布在 6 个轨道平面上。(3) 用户装置部分，主要由 GPS 接收机和卫星天线组成 3。这三部分的相互关系如图 2.1 所示。图 2.1 GPS 全球定位系统组成1978 年 2 月 22 日，第一颗 GPS 试验卫星的发射成功，标志着工程研制阶段的开始。1989 年 2 月 14 日，第一颗 GPS 工作卫星的发射成功，宣告 GPS 系统进入了生产作业阶段。GPS 系统经过 16 年的发射试验卫星，到开发 GPS 信号应用，进而发射工作卫星，终于在 19

14、94 年 3 月建成了信号覆盖率达到了 98的 GPS 工作星座，它由 24颗 Block2 卫星卫星组成。Block2 卫星如图 2.2 所示。4图 2.2 Block2 卫星图全球定位系统有很多特点，其主要特点如下：(1) 全天候；(2) 全球覆盖；(3) 三维定速定时高精度；(4) 快速省时高效率；(5) 应用广泛多功能。24 颗 GPS 卫星在离地面 2 万公里的高空上，以 12 小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时接收到 6 颗以上 GPS 卫星的定位信息。只要有 4 颗卫星的定位信息，GPS 接收机就能向用户提供三维坐标、时间及移动速度等信息参数。由

15、于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，我们可得到卫星到接收设备的距离，根据三维坐标中的距离公式，利用 3 颗卫星，就可以组成 3 个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有 4 个未知数，X、Y、Z 和钟差，因而需要引入第 4 颗卫星，形成 4 个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的 SA 保护政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。美国政府宣布从 2000年起，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消 SA 政策，GPS 民用信号精度在5全

16、球范围内得到改善，利用 C/A 码进行单点定位的精度由 100 米提高到 20 米。为了达到更高的定位精度，往往还采用了差分 GPS(DGPS)技术，建立基准站(差分台)进行GPS 观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分 GPS，定位精度可提高到 5 米。2.2 GPS 信号接收方案选择要实现在液晶显示器上显示出接收到的 GPS 数据信息，首先要实现 GPS 信号的接收。在接收 GPS 信号方案上可以有两种选择。第一种方案是选择 GPS 接收芯片然后

17、再根据芯片设计标准，设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以掌握到 GPS 接收部分的电路设计技术，但是这个方案的缺点也是显而易见的，首先实现的难度较大，不容易成功，其次由于 GPS 接收芯片一般都是厂商直接供货，单独采购价格会很高。第二种方案是选择成品的 GPS 接收模块，采用这个方案的优点是由于现阶段 GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通过模块输出 GPS 相关信息。并且在经过大规模的商业化生产后价格已经能被我们所接受，这样的模块在市面上也能够容易的购买到。从上面的分析可以知道，选择 GPS 接收模块就能够很好的作为本次设计接收

18、GPS定位信息的解决方案，因此我选择第二种方案来完成本次设计。2.3 GPS 接收模块的研究GPS 接收模块是接收机的关键部分，而且型号很多，功能各异，一般组成结构主要由低噪声下变频器、并行信号通道、CPU、储存器等组成。GPS 接收模块通过它的接收天线获取卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。用户通过输入输出接口，与 GPS 接收模块进行信息交换，实现功能。GPS 接收模块内部结构如图 2.3所示。6图 2.3 GPS 接收模块内部结构2.4 总体方案的设计本

19、次设计要求通过单片机控制 GPS 器件实现定位信息显示功能。在这里使用常见的 MCS-51 型单片机作为处理器，利用 MCS-51 单片机的串行接口接收 SiRF Star II GPS 信号接收模块输出的数据信号，并通过软件方法筛选出其中有用的定位数据，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示的方案。该 GPS 定位信息显示系统硬件部分主要由以下几个部分组成： (1) 接收部分：以 SiRF Star II GPS 接收模块为核心的 GPS 接收机； (2) 控制电路：由 51 单片机作为微处理器控制 GPS 信号； (3) 显示部分： OLED 液晶显示模块； (4) 电源电路部分

20、:用以提供系统工作时所必须的电。 单片机系统：本次设计使用 51 单片机作为微处理器，控制 GPS 数据的读取和传输过程。利用其串行接口接收 SiRF Star II GPS 接收模块输出的 NMEA-0183 语句数据，并将接收到的数据经过筛选和处理后发送到 OLED 液晶显示器显示。 外围电路：外围电路一部分是由 GPS 接收器件及其辅助电路组成，一部分是OLED 液晶显示模块的电源电路和显示电路。SiRF Star II GPS 接收模块主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界

21、内卫星的跟踪、锁定和测量定位。 单片机控制程序：编写程序，实现单片机控制系统的初始化，控制 GPS 器件完成7数据的采集,进行相应的信号处理，并通过单片机接口输出至液晶显示模块显示必要的数据。由此可知：GPS 接收模块将接收到的 GPS 卫星导航电文调制解码，转换为标准格式后，送给单片机，当单片机接收到 GPS 发送过来的导航电文后，经过片内程序的识别筛选，将筛选出来的导航电文送到显示模块，并且最后通过液晶显示器按照要求显示出来。8第三章 基于单片机的 GPS 硬件电路设计3.1 基于单片机的 GPS 硬件电路总体结构根据总体设计方案，该基于单片机的 GPS 硬件电路设计主要由 GPS 信号接

22、收部分（SiRF Star II GPS 信号接收模块） 、控制芯片（ STC89C516RD+单片机） 、显示部分（OLED 液晶显示模块）这几部分构成。其大体结构框图如图 3.1 所示。图 3.1 基于单片机的 GPS 硬件总体结构框图3.2 基于单片机的 GPS 定位信息显示系统设计硬件电路简介3.2.1 STC89C516RD+简介STC89C516RD+是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，采用 40 引脚双列直插封装方式。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容 4。STC89C516RD+引脚如图 3.2 所

23、示：9图 3.2 STC89C52 引脚图其引脚说明如下：(1) 主电源引脚（2 根）：VCC(Pin40)：电源输入，接5V 电源；GND(Pin20)：接地线。(2) 外接晶振引脚（2 根）：XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端；XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。(3) 控制引脚（4 根）：RST (Pin9)：复位引脚，引脚上出现 2 个机器周期的高电平将使单片机复位；ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号；PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内

24、部程序存储器读指令。(4) 可编程输入/输出引脚（32 根）：10STC89C516RD+单片机有 4 组 8 位的可编程 I/O 口，分别为 P0、P1、P2、P3 口，每个口有 8 根引脚，共 32 根。P0 口（Pin39Pin32）：8 位双向 I/O 口线，名称为 P0.0P0.7；P1 口（Pin1Pin8）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P1.0P1.7；P2 口（Pin21Pin28）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P2.0P2.7；P3 口（Pin10Pin17）：8 位准双向 I/O 口线，名称为 P3.0P3.7。STC89C516RD+主要功能如表 3.1

25、所示。表 3.1 STC89C516RD+2 主要功能主要功能特性兼容 MCS51 指令系统 8K 可反复擦写 Flash ROM32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz2 个串行中断 可编程 UART 串行通道2 个外部中断源 共 6 个中断源2 个读写中断口线 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能(1) 时钟电路STC89C516RD+内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如

26、图 3.3(a) 所示，在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件，内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.212MHz 之间选择，电容值在 530pF 之间选择，电容值的大小可对频率起微调的作用 5。外部方式的时钟电路如图 3.3（b）所示，RXD 接地，TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，只要求保证脉冲宽度，一般采用频率低于 12MHz 的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频，产生一个两相时钟 P1 和 P2，供单片机使用。11（a）内部方式时钟电路 （b）外部方式时钟电路图 3.3 时钟电路(2) 复位复位是单片

27、机的初始化操作。其主要功能是把 PC 初始化为 0000H，使单片机从0000H 单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需按复位键重新启动 6。除 PC 之外，复位操作还对其他一些寄存器有影响，它们的复位状态如表 3.2 所示。表 3.2 一些寄存器的复位状态寄存器 复位状态 寄存器 复位状态PC 0000H TCON 00HACC 00H TL0 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL1 00HDPTR 0000H TH1 00HP0-P3 FFH SCON 00HIP XXB SBUF 不定IE 0X

28、B PCON 0XXX0000BTMOD 00HRST 引脚是复位信号的输入端。复位信号是高电平有效，其有效时间应持续 24 个振荡周期( 即二个机器周期)以上。若使用颇率为 6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过 4us 才能完成复位操作。整个复位电路包括芯片内、外两部分。外部电路产生的复位信号(RST)送至施密特触发器，再由片内复位电路在每个机器周期的 S5P2 时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后才得到内部复位操作所需要的信号 7。123.2.2 SiRF Star II GPS 信号接收模块该设计中 GPS 信号接收模块所选用的是 SiRF Star II GPS 接收模块，该模

29、块是由美国瑟孚科技有限公司所生产。主要使用到的引脚如图 3.4 所示。该模块具有 12 通道并行接收能力，所接收的 GPS 信号属于民用频段的 L1 信号（1575.42MHz ） ，在没有 SA干扰的情况下平均定位误差为 10 米，动态速度误差为 0.1 米/秒，信号灵敏度达到142dBm，冷启动定位时间为 42 秒，热启动时间为 38 秒，重新定位时间仅仅需要 8秒。图 3.4 SiRF Star II 引脚图GPS 数据输出格式为标准的 NMEA0183 标准，采集地理信息的更新速率为每两秒一次，地图坐标系为 WGS84 坐标系 8。该模块天线采用的是体积小、可靠性高、灵敏度高的微带天线

30、，该天线封装在模块内部，更进一步的提高了整个模块的可靠性。该模块实物图如图 3.5 所示。13图 3.5 GPS 接收模块它的工作电压为 2.7V3.3V，工作电流仅为 75mA，它由 GSP2e 数字 IC、GRF2i射频 IC 和 GSW2 模块化软件组成。GSP2e 主要集成了一个增强型 GPS 内核、一个 50MHz 的 ARM7 CPU、独立的内部总线和外部总线、1Mb EDO DRAM、高精度实时时钟、GPS 接收机外部设备和 2 个UART。GRF2i 主要由片内压控振荡器和基准振荡器、集成中频滤波器(IF)、集成 LNA 和数字接口等组成。GSW2 模块化软件很容易集成到现有系

31、统中，并提供功能强大的开发环境。SiRF Star II 除增加了中央处理器和卫星信号追踪引擎, SiRF Star II 在芯片组中集成了兆位存储器(DRAM) , 这个是其它同类产品的八倍。这使其不仅可执行各项 GPS 功能,还能为用户应用提供额外存储。将 IF 滤波器集成到射频芯片内而无需新增外部滤波器, 从而进一步降低了元件的数目并增加了可靠性。该芯片的主要特征如表 3.3 所示。表 3.3 SiRF Star II 主要特征SiRF Star II 特点 功 能 用 处信号捕捉 从有遮挡地区走出时快速重捕卫星信号在遮挡环境下提供更多的定位结果14信号跟踪 跟踪弱信号比正常信号信噪比低

32、 20dB改善信号可利用性，在信号衰减严重的地方也可定位单卫星定位 在短暂的仅能收到一颗卫星的情况下定位在信号阻塞的地区也可定位，适于车载 GPS多级消除误差 减小 GPS 反射径带来的误差使 GPS 定位准确度提高到5m差分 GPS 周期（大约 30 分钟）更新星历和修正时间功率几乎变成了以前的20%，增加使用时间功率分配 1s 内有 800ms 的时间接收机不工作，仅仅有 200ms的时间用于重捕、跟踪、定位工作在不想频繁给出定位结果的情况下，节省功耗3.2.3 OLED 液晶显示模块介绍(1) OLED 液晶显示模块概述OLED，即有机发光二极管（Organic Light-Emitti

33、ng Diode） ，又称为有机电激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD） 。因为具备轻薄、省电等特性，因此从 2003 年开始，这种显示设备在 MP3 播放器上得到了广泛应用，而对于同属数码类产品的 DC 与手机，此前只是在一些展会上展示过采用 OLED 屏幕的工程样品，还并未走入实际应用的阶段。但 OLED 屏幕却具备了许多 LCD 不可比拟的优势。 目前 OLED 显示屏广泛用于手机、MP3、工控显示设备上，具有亮度高、显示精度高、功耗低等特点 OLED 液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（16X16 点阵） 、

34、128 个字符（8X16 点阵）及 64X256 点阵显示 RAM（GDRAM） 。OLED 液晶显示模块引脚如图 3.6 所示。15图 3.6 OLED 液晶显示引脚图管脚从左到右定义为：GND： 电源地VCC： 供电电源 3.3V、5V 都可以D0： CLK 时钟D1： MOSI 数据RES： 复位DC： 数据/命令3.3 基于单片机的 GPS 硬件连接介绍整个硬件设计要求GPS接收模块输出的信号通过单片机STC89C52、GPS信号接收模块、12864液晶显示模块、电源相连接实现系统功能。硬件电路设计如图3.7所示。16图3.7 GPS硬件电路图17第四章 基于单片机的 GPS 软件设计

35、4.1 GPS 数据包介绍4.1.1GPS 输出数据格式GPS 上电后，每隔一定的时间就会返回一定格式的数据，数据格式为：$信息类型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x每行开头的字符都是$ ， 接着是信息类型，后面是数据，以逗号分隔开。一行完整的数据如下：$GPRMC,.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,A*604.1.2 信息类型为：GPGSV：可见卫星信息GPGLL：地理定位信息GPRMC：推荐最小定位信息GPVTG：地面速度信息GPGGA：GPS 定位信息GPGSA：当前卫星信息这里我们只介绍 GPRMC 和 GPG

36、GA 的信息（因为后面介绍的 51 单片机程序只解析了这两个数据包， 有兴趣想研究的朋友可以解析更多的数据包出来， 但是要考虑单片机的运行速率， 因为 GPS 对单片机的串行输入会使单片机产生很多的串行中断单片机要花很多时间处理。 如需更多的数据包格式介绍请查找 NMEA 0183 协议的资料）4.1.2.1 GPRMC 数据详解：18$GPRMC,*hhUTC 时间，hhmmss(时分秒)格式定位状态，A=有效定位，V=无效定位纬度 ddmm.mmmm(度分)格式( 前面的 0 也将被传输 )纬度半球 N(北半球 )或 S(南半球)经度 dddmm.mmmm(度分)格式( 前面的 0 也将被

37、传输 )经度半球 E(东经)或 W(西经)地面速率(000.0999.9 节，前面的 0 也将被传输)地面航向(000.0359.9 度，以真北为参考基准，前面的 0 也将被传输)UTC 日期，ddmmyy(日月年)格式磁偏角(000.0180.0 度，前面的 0 也将被传输)磁偏角方向，E( 东)或 W(西)模式指示( 仅 NMEA0183 3.00 版本输出，A=自主定位，D=差分，E= 估算，N=数据无效)解析内容：1.时间，这个是格林威治时间，是世界时间（UTC） ，我们需要把它转换成北京时间（BTC ） ，BTC 和 UTC 差了 8 个小时，要在这个时间基础上加 8 个小时。2.定

38、位状态，在接收到有效数据前，这个位是V ，后面的数据都为空，接到有效数据后，这个位是A ，后面才开始有数据。3.纬度，我们需要把它转换成度分秒的格式，计算方法：如接收到的纬度是：4546.408914546.40891 / 100 = 45. 可以直接读出 45 度4546.4089145 * 100 = 46.40891 可以直接读出 46 分46.4089146 = 0.40891 * 60 = 24.5346 读出 24 秒19所以纬度是：45 度 46 分 24 秒。4.南北纬，这个位有两种值N （北纬）和S （南纬）5.经度的计算方法和纬度的计算方法一样6.东西经，这个位有两种值E

39、（东经）和W （西经）7.速率， 这个速率值是 海里/时， 单位是节， 要把它转换成千米 /时， 根据： 1 海里 =1.85 公里，把得到的速率乘以 1.85。8.航向，指的是偏离正北的角度9.日期，这个日期是准确的，不需要转换4.1.2.2GPGGA 数据详解：$GPGGA,M,M,*xx$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为 GPS 定位数据)；UTC 时间，格式为 hhmmss.sss；纬度，格式为 ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；纬度半球，N 或 S(北纬或南纬)经度，格式为 dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；经度半球，E 或 W(东经或西经)定位质量指示，

40、0=定位无效， 1=定位有效；使用卫星数量，从 00 到 12(第一个零也将传送)水平精确度，0.5 到 99.9天线离海平面的高度，-9999.9 到 9999.9 米 M 指单位米大地水准面高度，-9999.9 到 9999.9 米 M 指单位米差分 GPS 数据期限 (RTCM SC-104)，最后设立 RTCM 传送的秒数量20差分参考基站标号，从 0000 到 1023(首位 0 也将传送)。2、使用 ComAssistant.exe 软件通过电脑测试 GPS 。2.1 首先介绍测试前的准备（TTL 转接板）GPS 的工作模式是电源通电即从其 TXA 脚上输出 NMEA 格式的数据包

41、（刚启动和没有信号的情况下数据包是无效的）因此使用时只需要给 GPS 提供 5V 供电并将 GPS 的 TXA 引脚接到单片机或者 TTL 转 USB 小板 （或者 TTL 转 DB9 小板） 的RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（RXD）引脚则用不上2.2.1 硬件准备使用串口助手测试 GPS 时需要有 TTL 转 USB 或者 TTL 转 DB9 的转接小板 （带DB9 口的可不使用转接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是针座的（公头） ，因为设计的时候主要是为了兼容单片机及 ARM 开发板，由于台式机上的 DB9 串口座也是公头的，因此需要一根母对母的串口线来连接 GPS 与电脑）

42、 ，本店有 TTL 转USB 小板由于 51 单片机开发板下载电路是通过 RS232 转 TTL 的 MAX232 （或者 是STC232）芯片或者是 USB 转 TTL 的 PL2303 芯片来实现转换的，因此可以借用该电路实现 GPS 与电脑的通信。1、拔下开发板电源线，并取下单片机。2、将 GPS 的 TXA 接到 51 单片机的 P31 引脚位置（此脚对应的是 MAX232 或者 PL2303 芯片的 RXD，可以接收数据发送到电脑的 USB 口或者串口）2.2.2 GPS 数据线连接GPS 数据线连接时只需将 GPS 的 TXA 引脚接到 TTL 转接板的 RXD 引脚， 没有转接板

43、的按照上面 2.2.1 中所介绍的利用 51 开发板上的电平转换电路的步骤来21做。注意： 在接好 GPS 的 TXA 脚以后要保证 GPS 的负极和转接小板的负极是连在一起的，尤其是准备给 GPS 使用独立的电源供电的时候（只有这样才能实现 TTL数据传输，部分买家朋友没有注意这点因此测试时收到的都是 16 进制的乱码）2.2.3 给 GPS 供电给 GPS 供电时需要注意 GPS 模块的工作电压， 一般从 USB 拆机模块都是直接采用 5V 供电的（不带 RS232 电平，DB9 座的模块） ，这个电源可以用单独的开关电源或电池供电， 也可以是从单片机开发板上直接供电4.1.1 使用 Co

44、mAssistant.exe 软件通过电脑测试 GPS首先介绍测试前的准备（TTL 转接板）GPS 的工作模式是电源通电即从其TXA 脚上输出NMEA 格式的数据包（刚启动和没有信号的情况下数据包是无效的）因此使用时只需要给GPS 提供5V 供电并将GPS 的TXA 引脚接到单片机或者TTL 转USB 小板（或者TTL 转DB9 小板）的RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（RXD）引脚则用不上硬件准备使用串口助手测试GPS 时需要有TTL 转USB 或者TTL 转DB9 的转接小板（带DB9 口的可不使用转接板，但是部分GPS 的DB9 口是针座的（公头），因为设计的时候主要是为了兼容单片

45、机及ARM 开发板，由于台式机上的DB9 串口座也是公头的，因此需要一根母对母的串口线来连接GPS 与电脑）没有小板的话也可使用带下载功能的51 单片机开发板代替，方法如下：由于51 单片机开发板下载电路是通过RS232 转TTL 的MAX232（或者是STC232）芯片或者是USB 转TTL 的PL2303 芯片来实现转换的，因此可以借用该电路实现GPS 与电脑的通信。1、拔下开发板电源线，并取下单片机。2、将GPS 的TXA 接到51 单片机的P31 引脚位置（此脚对应的是MAX232 或者PL2303 芯片的RXD，可以接收数据发送到电脑的USB 口或者口）GPS 数据线连接22GPS

46、数据线连接时只需将GPS 的TXA 引脚接到TTL 转接板的RXD 引脚，没有转接板的按照上面所介绍的利用51 开发板上的电平转换电路的步骤来做。注意：在接好GPS 的TXA 脚以后要保证GPS 的负极和转接小板的负极是连在一起的，尤其是准备给GPS 使用独立的电源供电的时候（只有这样才能实现TTL数据传输，没有注意这点的话因此测试时收到的都是16 进制的乱码）给GPS 供电给GPS 供电时需要注意GPS 模块的工作电压，一般从USB 拆机模块都是直接采用5V 供电的（不带RS232 电平，DB9 座的模块），这个电源可以用单独的开关电源或电池供电，也可以是从单片机开发板上直接供电，注意2.2

47、.2 步中的红字部分。注意：模块本身是3.3V 供电的(USB 转TTL 小板有3.3V 电源电压输出)，引脚说明请看图一。如果需要使用5V 电源请从圆孔插座接入或者按照下图二所示的“5V 电源正极”排针接入，负极可从图一所示的任一GND 引脚接入。完成上叙步骤后就可以连接电脑了，将 USB 转 TTL 小板插到电脑的 USB 口或者将串口线接到台式机的 DB9 串口上，打开软件，如下图所示：23串口软件操作界面软件的设置步骤如图三所示，一共3 步(1)设置端口号使用台式机上的串口测试的需自己找到串口号（经常烧录单片机的的话这个肯定是知道的），这里介绍一下使用TTL 转USB 小板测试的话，X

48、P 系统下，在桌面上的“我的电脑”上单击右键属性硬件设备管理器端口。即可查看到端口号。如下图所示(2)设置波特率GPS 模块波特率主要有4800bps 和9600bps 两种，绝大部分是4800bps，少数是9600bps 的，极少数的REB3571 板是38400bps 波特率的，如果不知道波特率可以先设置为4800 即可，如果进行下一步时获得数据不对的话改为9600或者38400 即可。(3)打开串口点击打开串口如果波特率和端口都设置正确了的话即可获得数据包，如下图所示：24串口助手收到的数据包（无效定位）仔细研究过就会知道，上面的数据包是无效的，因为可以看到GPRMC 数据包的第部分“定位状态”是“V”，GPGGA 的是“0”。因为sirf GPS 在有信号的地方冷启动需要40 秒左右，上面的图片就是在冷启动的时候截的图，接下来看定位成功后的数据，你应该能够发现不同了。